一种流化床浮选尾矿X射线拣选方法与流程

本发明涉及矿物加工及选矿，具体涉及一种流化床浮选尾矿x射线拣选方法。

背景技术：

1、随着易选、高品位矿产资源逐步减少，低品位矿产资源的高效开发对选矿工艺的处理能力和能耗控制提出了更高要求。在传统碎磨—浮选流程中，磨矿通常属于能耗较高的作业环节。若能够在有价矿物充分解离之前对明显贫化的粗粒废石进行预先抛除，可减少后续进入磨矿和选别作业的物料量，从而降低后续处理负荷。

2、粗颗粒流化床浮选技术是一种适用于较粗粒级矿物分选的浮选技术。该技术通过上升水流形成稳定流化床层，并利用气泡与具有适宜表面疏水性的矿物颗粒发生附着，实现粗颗粒条件下的选择性回收。相较于常规浮选，粗颗粒流化床浮选能够在较粗磨矿粒度下实施选前抛废，有利于降低进入后续磨矿作业的物料量。

3、然而，对于含有细粒嵌布型有价矿物或者有价矿物被脉石矿物包裹的矿石，粗颗粒流化床浮选仍存在一定局限。部分有价矿物虽然赋存于粗颗粒内部，但由于颗粒外表面主要由脉石矿物构成，有价矿物未充分暴露于颗粒表面，导致该类颗粒整体表面疏水性不足，难以与气泡有效附着。该部分含有价矿物的连生体颗粒容易随流化床底流进入尾矿，从而造成流化床浮选尾矿中仍存在一定量有价矿物。

4、对上述流化床浮选尾矿进行整体再磨再浮，虽然能够进一步解离其中的有价矿物，但需要对流化床浮选已经抛出的全部或大部分尾矿重新进行磨矿，容易增加磨矿处理量和能耗，削弱粗颗粒选前抛废的工艺优势。因此，在不对全部流化床浮选尾矿进行再磨的条件下，从其中选择性回收含有价矿物的连生体，是提高粗颗粒流化床浮选工艺经济性的关键问题之一。

5、x射线透射分选技术可利用不同矿物组成、密度以及原子序数差异导致的x射线衰减差异，对矿石进行非接触检测和分选。现有矿石x射线透射分选通常以相互分离的单个颗粒作为基本识别和剔除对象，通过获取单颗粒投影图像、识别颗粒轮廓、提取颗粒内部透射特征，再控制气喷装置、机械拨板或其他执行机构对目标颗粒进行逐粒剔除。

6、上述单颗粒识别方式较适用于粒度较粗、颗粒之间具有明显间隔且颗粒轮廓能够稳定提取的物料。当处理粗颗粒流化床浮选尾矿时，由于尾矿粒度较细，同时含有一定水分，颗粒之间容易因液桥作用、表面黏附以及机械搭接产生粘连、重叠和局部团聚现象，难以形成稳定、彼此独立的颗粒边界。若仍采用传统单颗粒分割方式，不仅图像分割难度增加，而且由颗粒轮廓识别误差所引起的定位误差会进一步影响后续逐粒剔除精度。

7、此外，对于毫米级细粒尾矿，即使能够通过提高图像分辨率识别部分颗粒轮廓，由于单颗粒对应的有效像素数量有限，其x射线透射衰减特征容易受到颗粒姿态、局部厚度、水分以及相邻颗粒搭接等因素影响，单颗粒判别结果的稳定性亦受到限制。

8、因此，需要提供一种不同于传统单颗粒识别和逐颗粒剔除的x射线透射分选方式，使其能够适应粗颗粒流化床浮选产生的毫米级、含水、易粘连和重叠的尾矿物料，并在不对全部尾矿实施再磨的情况下，对其中富含细粒嵌布或被脉石包裹有价矿物的连生体进行选择性二次回收；基于此，亟需建立一种以多颗粒区域为统计和执行单元、能够将区域x射线透射判别结果与实际料段剔除动作相对应的流化床浮选尾矿分选方法。

技术实现思路

1、针对现有粗颗粒流化床浮选尾矿中有价矿物连生体难以进一步回收，以及传统x射线透射分选依赖单颗粒轮廓分割、难以适用于毫米级含水细粒尾矿的问题，本发明提供一种流化床浮选尾矿x射线拣选方法；本发明所要解决的技术问题在于：在不对全部流化床浮选尾矿进行再磨、且不依赖单颗粒边界可靠分割的条件下，对毫米级、含水且易发生粘连和重叠的流化床浮选尾矿中的有价矿物连生体进行稳定识别和选择性回收，并使检测得到的二维富集区域能够与后续实际剔除动作准确对应。

2、s1、浮选抛废：将待处理原矿给入粗颗粒流化床浮选设备进行浮选，获得粗颗粒精矿和流化床浮选尾矿；其中，表面有疏水性有价矿物充分暴露的颗粒优先进入粗颗粒精矿，而含有细粒嵌布于脉石中和/或被脉石包裹的有价矿物连生体由于颗粒表面疏水性相对较弱，至少部分进入所述流化床浮选尾矿。

3、s2、尾矿预处理：对所述流化床浮选尾矿进行脱水处理，并将脱水后的流化床浮选尾矿经缓冲和振动布料后铺设于连续输送装置上，使其形成适于x射线透射成像的单层或准单层料层。

4、s3、区域成像：利用x射线透射成像系统对输送中的料层进行连续面扫描，并按照预设区域尺寸将扫描图像划分为沿料层横向和输送方向分布的若干识别区域；每一识别区域覆盖多个流化床浮选尾矿颗粒，所述识别区域的边界按照预设区域尺寸确定且独立于单个尾矿颗粒的轮廓边界；以所述识别区域作为统计单元，对x射线透射衰减信息进行处理，并经标定换算获得等效面密度，再以识别区域作为统计单元进行积分平均，获得表征该识别区域综合物料特征的平均等效面密度。

5、本发明所称“识别区域”，是指在x射线透射扫描图像中按照预设尺寸划分的二维空间区域；识别区域与单个尾矿颗粒之间不存在一一对应关系，一个识别区域能够同时覆盖多个颗粒或者覆盖多个相互搭接、粘连的颗粒；因而，本发明无需首先完成单个颗粒轮廓的可靠分割即可进行后续统计和判别。

6、本发明所称“等效面密度”，是指根据x射线穿过料层前后的透射衰减信息，用于综合表征识别区域内物料对x射线的透射衰减特征；在所述单层或准单层及窄粒级条件下，该参数能够表征不同区域物料组成及单位投影面积物料量造成的综合差异。

7、所述“区域平均等效面密度”是指对一个识别区域内的多个有效检测像素对应的等效面密度值进行积分或求和，并按照区域有效像素数量或有效检测面积进行归一化处理所得到的统计值；采用区域平均方式能够降低单颗粒姿态、局部表面不规则以及有限像素数量所造成的随机波动。

8、s4、区域判别：确定背景废石区域的平均等效面密度，并将其作为区域判别基准；将平均等效面密度高于所述判别基准预设幅度的识别区域判定为富连生体区域，将未达到所述判别条件的识别区域判定为贫有价矿物区域或背景废石区域。

9、所述背景废石区域可以通过预先标定获得，也可以在生产过程中结合连续判定结果进行更新；优选地，在正式分选之前选取具有已知品位的代表性矿样进行x射线透射检测，建立平均等效面密度与矿样品位之间的标定关系，同时获得背景废石区域的平均等效面密度；实际生产过程中，可对连续判定为非富连生体区域的识别区域的平均等效面密度进行滑动平均，以修正或更新背景判别基准，从而适应原矿矿物组成和脉石性质的缓慢变化。

10、s5、区域协同剔除：将经步骤s4确定的二维富连生体区域转换为输送料层中的实际目标料段，根据富连生体区域在料层横向方向的位置确定区域协同剔除执行机构中对应的剔除执行单元，根据富连生体区域沿料层输送方向的位置、识别点至剔除点之间的输送距离以及料层实时输送速度确定对应执行单元的动作时机，使所述富连生体区域对应的料段整体脱离原料层，形成二次富集产物；未被剔除的剩余物料作为最终抛除尾矿。

11、与传统逐颗粒剔除方式不同，本发明中识别和执行所对应的基本单位均为空间区域；即，x射线透射成像阶段得到的是覆盖多个颗粒的二维识别区域，判别阶段输出的是富连生体区域的位置坐标，剔除阶段则按照该位置坐标控制相应的一个或多个执行单元，使该识别区域在物理输送料层中所对应的料段整体发生轨迹改变。

12、优选地，步骤s1中，给入粗颗粒流化床浮选设备的矿浆固体质量浓度为40%～60%，给料量按照设备单位截面积处理量10～20 t/(m2·h)进行适配，矿浆在设备内的停留时间为1～5 min；所述粗颗粒流化床浮选设备的上升水流速度为1.5～2.4 cm/s，表观气速为0.5～2.0 cm/s；浮选药剂制度根据待处理矿石种类确定，例如，处理辉钼矿时可采用煤油50～100 g/t并控制矿浆ph值为8～10，处理硫化铜矿时可采用黄药类捕收剂20～80 g/t并控制矿浆ph值为9～11；所述流化床浮选尾矿的抛除率优选为20%～40%，进一步优选为30%～40%；所述抛除率是指流化床浮选尾矿质量占给入粗颗粒流化床浮选设备的原矿质量的百分比，并通过矿量平衡实测确定。

13、优选地，所述流化床浮选尾矿的粒度为0.5 mm~2 mm；所述有价矿物连生体包括有价矿物以细粒形式嵌布于脉石内部形成的连生体，以及有价矿物被脉石矿物部分或完全包裹形成的连生体；所述0.5 mm~2 mm是指粒径不大于2 mm且大于0.5 mm的粒级。

14、优选地，步骤s2中采用筛分脱水、离心脱水或者两者组合对流化床浮选尾矿进行脱水，使脱水后物料的含水率为10%～15%；所述脱水的目的并非使尾矿完全干燥，而是降低颗粒间自由水和过强液桥作用对铺展和成像造成的不利影响，使物料能够经振动布料形成相对稳定的单层或准单层料层。

15、优选地，所述单层或准单层料层的平均厚度不超过流化床浮选尾矿最大粒径的1.5倍，且料层覆盖率不低于50%；振动布料器的振动频率优选为20～60 hz，振幅优选为0.5～2 mm，料层输送速度优选为0.3～0.8 m/s。

16、必要时，可在振动布料器出口处设置梳料板，以进一步均化料层横向分布；对于容易形成局部团聚或粘结的物料，可辅以雾化润湿方式改善物料铺展状态，以降低局部粘结对后续区域成像的影响。

17、优选地，步骤s3中的预设区域尺寸为1.5 cm×1.5 cm至3 cm×3 cm，进一步优选为2 cm×2 cm。

18、识别区域尺寸的选择需要兼顾统计稳定性和目标信号保持能力；当识别区域尺寸过小时，区域内包含的颗粒数量及有效检测像素数量较少，区域平均等效面密度容易受到单颗粒随机姿态、局部搭接和含水状态变化影响；当识别区域尺寸过大时，少量富含有价矿物的连生体所产生的较高x射线衰减信号容易被周围大量背景废石信号平均稀释，使区域判别选择性下降；因此，通过将识别区域尺寸控制在适宜范围，可在提高统计稳定性的同时保留富连生体区域与背景废石区域之间的可辨识差异。

19、当x射线透射成像系统的成像分辨率为0.8～1.6 mm/像素时，尺寸为1.5 cm×1.5cm至3 cm×3 cm的识别区域，每边可对应约9～38个像素；当识别区域尺寸为2 cm×2 cm时，每边可对应约12～25个像素；对于粒度为0.5 mm~2 mm的尾矿物料，在上述料层厚度和覆盖率条件下，一个识别区域内优选涵盖约50～250个尾矿颗粒；所述颗粒数量可根据识别区域面积、料层覆盖率和尾矿平均粒径进行估算，并经扫描图像统计校验，由此形成区别于传统单颗粒图像特征的区域统计特征。

20、优选地，所述x射线透射成像系统采用双能x射线透射成像系统；双能x射线透射成像系统分别获取高能x射线透射衰减信息和低能x射线透射衰减信息，并通过两种能量信号的联合处理，提高有价矿物连生体与背景脉石之间的区分稳定性。

21、在一种实施方式中，分别对高能和低能x射线透射信号进行对数处理，并对处理后的高、低能衰减信号进行归一化或比值运算，以减弱料层局部厚度变化和含水量变化对检测结果产生的共同影响；随后根据预先建立的标定关系转换为等效面密度，并按照识别区域进行积分平均。

22、优选地，在步骤s4之前，选取不少于30个具有已知有价矿物品位的代表性矿样，在与实际分选相同或相近的脱水、布料及x射线透射检测条件下，分别确定各代表性矿样的区域平均等效面密度，建立区域平均等效面密度与有价矿物品位之间的标定关系，并测定背景废石区域的平均等效面密度。

23、在一种优选实施方式中，根据所述标定关系确定富连生体区域的判别阈值，并以低于目标品位的代表性矿样被错误判定为富连生体区域的比例作为误识率，按照误识率不超过5%的条件确定所述预设幅度；所述预设幅度优选为高于背景废石区域平均等效面密度的10%～20%；在连续分选过程中，对连续判定为非富连生体区域的识别区域的平均等效面密度进行滑动窗口平均，以在线更新背景判别基准；最低可检出的有价矿物含量可根据标定关系在设定置信水平下的置信区间下限确定。

24、优选地，区域协同剔除执行机构采用电磁驱动机械翻板、阵列式气喷装置或者阵列式水喷装置。

25、当采用机械翻板时，可根据识别区域横向尺寸设置一个或多个相应宽度的翻板执行单元，通过控制对应翻板改变目标料段的运动轨迹。

26、当采用阵列式气喷装置或者阵列式水喷装置时，多个喷嘴沿输送料层横向排列，喷嘴间距及单个喷嘴的有效喷射覆盖范围与识别区域的横向尺寸相协调；根据富连生体区域在扫描图像中的横向坐标，选择对应的一个或者多个喷嘴动作，从而实现对目标区域的横向定位。

27、对富连生体区域沿输送方向的定位通过输送速度和时间延迟完成；设x射线识别位置至区域协同剔除位置之间的输送距离为l，输送装置的实时运行速度为v，则目标区域由识别位置运行至剔除位置所需的理论剔除延时t=l/v；在实际控制过程中，根据阀门、电磁机构或者其他执行部件的响应时间设置提前补偿量，所述执行响应时间优选小于50 ms，以提高目标料段与执行动作之间的同步性，并将剔除定位误差控制在一个喷嘴间距以内。

28、对于采用阵列式气喷装置或者阵列式水喷装置的实施方式，设富连生体区域沿料层输送方向的纵向尺寸为d，则喷射脉冲持续时间可按照d/v确定，使喷射作用范围覆盖该富连生体区域在物理输送方向上所对应的目标料段。

29、在一种实施方式中，通过对喷射压力、喷射脉冲持续时间及喷嘴组合进行匹配，使富连生体区域对应目标料段的冲离率不低于90%，非目标物料的误带率不高于10%。

30、优选地，对于含水率较高且颗粒容易黏附的流化床浮选尾矿，区域协同剔除执行机构采用阵列式水喷装置；水射流能够直接作用于湿细粒料层，并将目标区域对应的多个颗粒整体冲离原输送轨迹，使其进入二次富集产物收集通道。

31、优选地，阵列式水喷装置的水射流压力为0.3～0.8 mpa，喷嘴采用扇形喷嘴或锥形喷嘴，喷嘴孔径为0.8～2 mm，喷嘴间距为15～20 mm，单喷嘴横向覆盖宽度优选约为2cm；喷嘴的喷射角度和喷射距离按照识别区域横向尺寸进行匹配，使一个喷嘴或相邻若干喷嘴的有效横向喷射宽度能够覆盖对应的富连生体区域。

32、采用扇形喷嘴时，喷射覆盖宽度w、喷嘴至目标料层的喷射距离h以及喷嘴扇角θ之间可按照w=2h×tan(θ/2)进行匹配选取；例如，扇角约110°且喷射距离约7 mm，或者扇角约65°且喷射距离约16 mm时，均可获得约20 mm的横向覆盖宽度。

33、水喷剔除得到的二次富集产物与喷射水共同形成含固浆体，可经导流槽集中收集，并直接输送至后续磨矿、脱水或者进一步选别工序；与要求物料再次干燥后处理的方式相比，上述结构能够使粗颗粒流化床浮选、尾矿脱水、区域x射线检测和后续湿法矿物处理之间形成连续工艺衔接。

34、优选地，阵列式水喷装置的喷射用水量占流化床浮选尾矿处理量的1%～5%；喷射用水随二次富集产物经固液分离后回收，回收水可经旋流器、浓缩机或其他固液分离设备除去细泥并澄清至固体含量低于5 g/l后返回阵列式水喷装置循环利用，或者返回步骤s2的脱水系统并与尾矿脱水回水合并循环使用；澄清处理所得底流可返回磨矿回路或进入后续选别工序；由于水喷剔除发生于x射线透射成像与区域判别之后，且回水返回步骤s2的脱水系统形成闭路循环，因此不会改变x射线检测位置处料层的含水状态，步骤s2中10%～15%的含水率控制不受影响。

35、所述二次富集产物可返回磨矿回路，使其中细粒嵌布或被脉石包裹的有价矿物进一步解离，也可以根据矿石性质直接进入后续重选、浮选或者其他适宜的选别作业；所述最终抛除尾矿则可进入尾矿处理系统。

36、本发明适用于含有能够形成明显x射线透射衰减差异的有价矿物和脉石矿物体系，例如铜矿石、钼矿石、钨矿石、锡矿石或铅锌矿石，但不限于上述具体矿种。

37、与现有技术相比，本发明可实现如下有益效果：

38、第一，本发明针对粗颗粒流化床浮选尾矿这一特定中间产物设置二次x射线透射分选环节，在不对全部流化床浮选尾矿实施再磨的情况下，对随尾矿流失的有价矿物连生体进行选择性回收，从而兼顾粗颗粒预抛废和有价矿物回收。

39、第二，本发明改变传统x射线矿石分选以单个颗粒作为识别对象的处理方式，以覆盖多个尾矿颗粒的二维识别区域作为统计单元，识别区域的边界按照预设区域尺寸确定并独立于单个颗粒的轮廓边界，从而降低毫米级含水尾矿因粘连、搭接和重叠所造成的颗粒分割困难对识别过程的影响。

40、第三，本发明通过对识别区域内多个像素和多个颗粒的透射衰减信息进行积分平均，利用区域平均等效面密度表征区域整体物料特征，有利于减小单颗粒姿态、局部厚度差异以及有限像素数量所带来的随机波动，提高细粒物料判别的稳定性。

41、第四，本发明将区域识别结果与后续区域协同剔除动作建立空间和时间对应关系，通过识别区域的横向位置确定相应剔除执行单元，并通过输送距离、实时带速及目标区域纵向尺寸确定执行时机和持续时间，使检测阶段获得的二维富连生体区域能够转换为实际目标料段并被整体剔除。

42、第五，对于含水细粒尾矿，可采用阵列式水喷装置实施区域剔除，水射流与湿物料具有较好的工艺适应性，剔除后的二次富集产物能够以浆体形式直接进入后续湿法处理环节，同时喷射用水能够回收循环利用，有利于形成连续的湿法处理流程。